基于工程教育認證的混合翻轉(zhuǎn)教學實踐探討
——以數(shù)據(jù)庫原理課程為例

黎永壹，胡文君，農(nóng)國才，邱 騫

(北部灣大學電子與信息工程學院，廣西欽州535011)

0 引言

自我國2016年6月加入《華盛頓協(xié)議》以來，工程教育專業(yè)認證體系在各高校的專業(yè)建設(shè)中逐步建立起來[1]，并將“學生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”的核心思想應(yīng)用到人才培養(yǎng)模式中[2]。以工程技術(shù)的人才培養(yǎng)目標為指導(dǎo)，提升學生在工程實踐中的創(chuàng)新和應(yīng)用能力，這對服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展的應(yīng)用型高校進行學生綜合能力的培養(yǎng)提出了更高的要求。工程教育認證已經(jīng)成為提高高等學校工程教育質(zhì)量的重要方法和途徑[3]。

在新形勢下，傳統(tǒng)課堂教學已無法滿足現(xiàn)代社會對人才的需求。課程是人才培養(yǎng)的基本要素，在工程教育認證背景下，課程體系優(yōu)化與課程教學改革已成為非常重要的研究課題。數(shù)據(jù)庫原理是計算機相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，由于傳統(tǒng)課堂的“知識灌溉式”教學模式難以保證教學效果，難以提升學生在數(shù)據(jù)庫方面的創(chuàng)新與應(yīng)用能力，為此，有必要借助信息技術(shù)手段，突破傳統(tǒng)課堂教學的局限，重構(gòu)以學生為中心的教學結(jié)構(gòu)[4]，充分、科學地運用教學資源進行有效的教學互動，提高學生的積極性，培養(yǎng)學生自主學習的能力[5]。因此，課題組按照工程教育認證的標準，將教育的重心從“教”向“學”轉(zhuǎn)換，探討如何對數(shù)據(jù)庫原理課程進行教學改革與創(chuàng)新，進一步完善本專業(yè)在工程教育專業(yè)認證工作中持續(xù)改進的機制。

1 數(shù)據(jù)庫原理課程現(xiàn)狀

1.1 數(shù)據(jù)庫原理課程概況

數(shù)據(jù)庫原理是面向北部灣大學信息類專業(yè)開設(shè)的理論和實踐相結(jié)合的必修課程，64學時、4學分。其中，線下教學44學時、線上教學20學時，它的前導(dǎo)課程包括高級程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，后續(xù)課程包括Web應(yīng)用程序開發(fā)、信息系統(tǒng)開發(fā)等。電子信息類專業(yè)的二年級學生已掌握了計算機基礎(chǔ)知識，并具備一定的邏輯分析能力，渴望掌握系統(tǒng)開發(fā)技能，但對計算機工程的復(fù)雜問題缺少系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫知識的支撐。該課程在整個課程體系中起到承上啟下的作用。

該課程的理論知識在信息處理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域起著基礎(chǔ)指導(dǎo)作用；實踐技能從數(shù)據(jù)庫的使用到數(shù)據(jù)管理的實現(xiàn)、從數(shù)據(jù)庫語言編程的應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與優(yōu)化起著應(yīng)用作用。課程主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言SQL、關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化設(shè)計、數(shù)據(jù)庫安全保護、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、T-SQL編程。

1.2 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫原理課程教學中存在的問題

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫原理課程教學多采用教師講授為主的教學模式[6]，教學路線單向進行，缺乏完整的閉環(huán)體系。此外，教學中還存在以下3個關(guān)鍵問題。

(1)課程目標單一，無法提高學生綜合素質(zhì)[2]。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫原理課程目標以掌握知識點為主，忽視學生解決數(shù)據(jù)庫問題能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。在工程教育認證背景下，本課程要求既要會基礎(chǔ)理論又要懂應(yīng)用實踐，因此，原有知識目標無法達到本課程的能力和素質(zhì)要求。

(2)課堂模式不科學，教學效果不明顯。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫原理教學環(huán)節(jié)主要是以講授為主的填鴨式教學，這種教學，學生沒有參與感、思考少，師生互動少[6]，影響了對學生能力的培養(yǎng)，無法實現(xiàn)以學生的“學”為中心的教學要求；教學資源以教材和課件為主，學生在課堂上和課后學習的興趣較低[6]。學生在不曠課的情況下是“人到心不到”，教師無法及時掌握學生的真實學習情況，教學體系無法形成“持續(xù)改進”的閉環(huán)管理，教學質(zhì)量無法保障。

(3)考核方式不合理，不利于學生的成長。傳統(tǒng)考核方式以期末考試成績?yōu)橹鳎戎睾苌俚钠綍r學習成績和實驗成績，缺少對學生的學習行為、學習過程考核，導(dǎo)致學生忽視知識積累過程，養(yǎng)成“突擊式學習”的不良習慣，從而影響學生成長。

2 基于工程教育認證的數(shù)據(jù)庫原理課程改革與實施

針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫原理課程教學中存在的三個關(guān)鍵問題進行教學分析，并以立德樹人、學生為中心、成果導(dǎo)向[8]、持續(xù)改進、科教融合和“兩性一度”標準為理念，制定如下解決方案。

(1)針對傳統(tǒng)課程目標單一，無法提高學生綜合素質(zhì)的問題，采用“教書育人”多維度目標的思路，注重數(shù)據(jù)庫知識與能力的培養(yǎng)[9]。課程目標對應(yīng)工程知識、問題分析、設(shè)計與開發(fā)、職業(yè)規(guī)范等畢業(yè)要求，同時融入思政元素。

(2)針對傳統(tǒng)課堂模式不科學，無法提高教學質(zhì)量的問題，采用豐富課堂資源、加強教學過程管理、增加課堂形式和優(yōu)化教學環(huán)節(jié)的思路，建設(shè)在線開放課程資源(課程資源包括課程結(jié)構(gòu)、大綱、課件、視頻、練習、測驗、作業(yè)等)，開展線上線下混合翻轉(zhuǎn)教學，實行基于動態(tài)數(shù)據(jù)的閉環(huán)教學過程管理。

(3)針對傳統(tǒng)考核方式不合理，不利于學生成長的問題，以形成過程性考核對準高階性目標為思路，增加了考核方式、過程考核比重和成績評價方式。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫原理課程改革的解決方案，從工程教育認證的角度實施課程教學，具體課程改革與實施如下。

2.1 重構(gòu)多維度多層次的課程內(nèi)容

本課程的教學目標是通過數(shù)據(jù)庫概述、關(guān)系代數(shù)、關(guān)系理論，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫安全、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分析與設(shè)計，并利用程序解決復(fù)雜工程的數(shù)據(jù)庫問題。

課程內(nèi)容要求從理論到實踐，在難度上循序漸進、教法上要深入淺出，內(nèi)容范圍符合工程教育認證“解決復(fù)雜工程問題”的標準。深度上從概念、理論到編程應(yīng)用；廣度上包括數(shù)據(jù)庫前沿、現(xiàn)代化設(shè)計和新時代應(yīng)用，課程內(nèi)容體現(xiàn)前沿性、時代性和挑戰(zhàn)度[7]。具體課程內(nèi)容見圖1和表1。

圖1 數(shù)據(jù)庫原理課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)

表1 數(shù)據(jù)庫原理課程實驗項目

2.2 重置課程目標

首先，按照BLOOM分類法(見圖2)，將課程目標分為知識目標、能力目標和素質(zhì)目標，體現(xiàn)課程目標的高階性；然后，分解課程目標對應(yīng)4個畢業(yè)要求(工程知識、問題分析、設(shè)計與開發(fā)、職業(yè)規(guī)范)(如表2所示)，從知識傳授改為能力培養(yǎng)。

圖2 BLOOM分類結(jié)構(gòu)

課程目標1：理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本概念和理論，利用數(shù)據(jù)庫術(shù)語描述或表示復(fù)雜工程的數(shù)據(jù)庫問題；掌握關(guān)系模型的基本概念，利用關(guān)系代數(shù)運算方法推演關(guān)系數(shù)據(jù)，并分析關(guān)系的性質(zhì)和完整性。

課程目標2：理解關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論及相關(guān)知識，掌握關(guān)系模式分解方法；利用函數(shù)依賴等數(shù)學方法分析復(fù)雜工程中的關(guān)系模式，正確表達范式級別，并優(yōu)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

課程目標3：掌握數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法，根據(jù)需求分析和利用關(guān)系模型、關(guān)系模式表示數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)，熟練掌握T-SQL編程方法，根據(jù)功能需求，利用函數(shù)、存儲過程、觸發(fā)器等完成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

課程目標4：掌握數(shù)據(jù)庫標準語言編程實踐和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全保護方法，在工程實踐中使學生養(yǎng)成自覺遵循編程標準和行業(yè)規(guī)范的良好習慣，提高文檔書寫和溝通協(xié)作能力，增強安全保密意識，注重培養(yǎng)創(chuàng)新精神、敬業(yè)精神和愛國情懷。

2.3 基于線上線下的教學設(shè)計

首先，建設(shè)基于小規(guī)模限制性在線課程(spoc)的在線開放課程資源[10]，資源內(nèi)容規(guī)范完整，體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫知識的前沿性和科學性，包括課程結(jié)構(gòu)、大綱、課件、視頻、練習、測驗、作業(yè)、討論等，構(gòu)建實體課堂、線上和線下的課堂環(huán)境，資源結(jié)構(gòu)如圖3所示，資源統(tǒng)計如表3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫原理課程資源結(jié)構(gòu)

表3 數(shù)據(jù)庫原理課程在線資源統(tǒng)計

其次，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)完成教學活動和教學過程管理。學生通過線上平臺和慕課堂、雨課堂等工具完成線上線下學習、答題；教師利用慕課堂、雨課堂等工具實現(xiàn)課前備課、課上投屏顯示、課后檢查作業(yè)等。通過在線平臺查看學生的成績管理、教學日志、學情統(tǒng)計，實現(xiàn)教學過程管理。

最后，進行混合翻轉(zhuǎn)教學設(shè)計[10]。課前教師備課并布置課前學習任務(wù)，學生完成課前任務(wù)；課中通過線上線下資源，師生共同實施翻轉(zhuǎn)課堂環(huán)節(jié)；課后學生完成線上線下學習任務(wù)，實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的提升。在開展混合翻轉(zhuǎn)教學過程中，不同教學階段實現(xiàn)不同層級的課程目標[10-11]，具體對應(yīng)關(guān)系如圖4所示。教學活動設(shè)計樣例如表4所示。課堂環(huán)節(jié)包括導(dǎo)入、課前檢查、學習內(nèi)容和總結(jié)歸納等：導(dǎo)入環(huán)節(jié)會說明教學目標、重難點等，并融合思政元素[11]，當授課內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的新技術(shù)、安全、實驗和作用等問題的時候，以視頻、案例賞析等形式，引入思政元素；課前檢查環(huán)節(jié)通過慕課堂檢查并講解學生完成的課前任務(wù)情況；學習內(nèi)容環(huán)節(jié)對每個學習內(nèi)容建立學習閉環(huán)，包括講解賞析→推送任務(wù)→小組或個人完成→反饋展示，并在教學活動中融入思政元素；總結(jié)歸納環(huán)節(jié)是梳理知識結(jié)構(gòu)，形成體系，并布置課后任務(wù)。課堂環(huán)節(jié)的具體過程如圖5所示。

圖4 混合翻轉(zhuǎn)教學階段與目標關(guān)系

表4 “線上線下混合式”和“課前、課中、課后”交叉教學設(shè)計樣例

圖5 課堂環(huán)節(jié)設(shè)計

2.4 構(gòu)建過程化多維度考評體系

考評體系的設(shè)計原則包括緊扣課程目標、注重過程考核、以學生為中心和豐富考核形式。

通過線上與線下考核互補、過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合可有效達成課程目標。課程考核分為線上考核和線下考核，包括線上線下課后作業(yè)、測驗、實驗和期末考試。課程目標評價方式及分值比例見表5。

表5 課程目標評價方式及分值比例

線上考核側(cè)重自主學習行為評價和客觀題測驗。由MOOC平臺自動評判線上平時、測驗和期末考試等成績；線下考核側(cè)重主觀題，包括課堂討論、案例分析、實驗等，強調(diào)對學生能力的發(fā)掘，由慕課堂自動評判考勤、隨堂練習等；單元測驗、期末考試增加分析應(yīng)用題，并設(shè)置一定的挑戰(zhàn)度。

考核貫穿整個開課過程，涉及理論實踐課內(nèi)、課外等考核內(nèi)容，采用結(jié)果考核和過程考核的形式，具體包括系統(tǒng)評分、教師批改、學生互評、小組評分等評定方式。

3 數(shù)據(jù)庫原理課程評價及改革成效

3.1 課程評價

為及時掌握該教學模式的應(yīng)用效果，定期發(fā)放問卷，調(diào)查學生對該課程教學的評價[12]，具體反饋數(shù)據(jù)如表6所示。結(jié)果表明，學生由最初因不滿意線上學習時間的增加到普遍認可，學習的成就感逐漸增加，教學模式的應(yīng)用學生和同行評教優(yōu)秀，具體評教數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表7、表8所示。

表6 學生對課程教學階段反饋的統(tǒng)計

表7 學生對課程評教的統(tǒng)計

表8 同行對數(shù)據(jù)庫原理課程評教的統(tǒng)計

3.2 教學效果

3.2.1 成績進步顯著

經(jīng)過與同一學期的其他開設(shè)該課程的教學班級對比，優(yōu)秀成績率上升了，不及格率下降了，具體成績對比如圖6所示。圖6表明，該課程改革達到了預(yù)期效果，確實提高了教學質(zhì)量。

3.2.2 課程目標的達成[13]

按照課程目標達成度計算方法[見式(1)]，得到課程分目標達成度。根據(jù)各目標達成度值(如表9所示)，課程目標達成度均在0.76以上，其中，達成度在0.80以上的學生約占56%。

(1)

式中，Ei為支撐該課程目標數(shù)據(jù)平均得分，Si為支撐該課程目標評價數(shù)據(jù)總分。

表9 課程目標達成統(tǒng)計

完成課程考核后，形成《數(shù)據(jù)庫原理課程目標達成度情況分析及持續(xù)改進報告》。由圖7可見，本次各課程目標達成度相差不大：課程目標1略高，說明學生對數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識掌握比較好，對關(guān)系數(shù)據(jù)庫相關(guān)理論的分析能力較強，學生已經(jīng)掌握數(shù)據(jù)庫方面的專業(yè)技能，并養(yǎng)成了良好的行業(yè)職業(yè)規(guī)范，具有較高的素質(zhì)能力；課程目標3達成度略低，說明學生對T-SQL編程知識的掌握水平不夠理想，關(guān)于函數(shù)、存儲過程、觸發(fā)器等方面的編程應(yīng)用能力較弱。

圖8是本次每位學生課程目標3的達成度分布情況。該圖顯示，絕大部分學生的課程目標3達成度高于標準值(0.7)，只有少部分學生分布在0.6～0.7。圖9說明學生都達成了該課程的整體課程目標。

圖7 學生各課程目標的達成度

圖8 學生課程目標3達成度分布

圖9 學生總課程目標達成度分布

3.2.3 對畢業(yè)要求的支撐

在工程教育認證的課程體系下，每個指標點一般有3～5個課程支撐，每個課程目標對每個分指標點的支撐力度有高(H)、中(M)、低(L)之分，為了便于操作，可對支撐力度賦值(如H=4，M=3，L=2)，利用公式(2)對每個指標點的課程權(quán)重值歸一化，而課程權(quán)重值就是課程目標值[13]。

(2)

式中，n為課程數(shù)；i為課程序號；vj是第j個課程的分值；ki為H的個數(shù)；li為M的個數(shù)；mi為L的個數(shù)。

本課程的課程目標1、目標2、目標3、目標4分別支撐畢業(yè)要求指標點1-3、2-2、3-2、8-2，各指標點達成目標等級分別是L、L、M、H，由公式(2)(3)得到課程目標值和評價值(如表10所示)。本課程每個課程目標的評價值(Qi)體現(xiàn)了課程對畢業(yè)要求指標點的貢獻程度，數(shù)值合理，有助于畢業(yè)要求的達成評價：

Qi=Ci×Pi。

(3)

式中，Qi為第i個課程的評價值；Ci為目標值；Pi為課程目標達成度。

表10 課程對畢業(yè)要求評價值統(tǒng)計

4 課程改革特色與創(chuàng)新

4.1 課程改革特色

(1)基于工程教育認證人才的培養(yǎng)思路，依據(jù)線上線下學習的數(shù)據(jù)計算課程目標達成度，強調(diào)成果導(dǎo)向。

(2)融合線上資源，豐富教學手段，提高學生的學習興趣度和主動學習能力，相對傳統(tǒng)教學模式，學生的投入度更高。

(3)“學習閉環(huán)”教學環(huán)節(jié)的設(shè)計，均衡學生的學習負擔，提高課堂效率和教學質(zhì)量。

4.2 教學改革創(chuàng)新點

(1)“一線二式三堂四維”教學模式。以工程教育認證為一線，以學生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進貫穿教學過程，高階性課程目標支撐畢業(yè)要求；基于線上線下混合翻轉(zhuǎn)二式結(jié)合教學，“線上線下”與“課前、課中、課后”交叉融合，翻轉(zhuǎn)和傳統(tǒng)課堂有機結(jié)合；基于“三堂”教學環(huán)境，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)實現(xiàn)基于動態(tài)數(shù)據(jù)的教學過程管理；構(gòu)建過程化四維考核體系，形成考核過程的全程化、考核內(nèi)容的多元化、考核方式的多樣化、成績評定的綜合化。

(2)教學內(nèi)容體現(xiàn)“兩性一度”標準要求。線上資源增加數(shù)據(jù)庫前沿知識，線下注重學生解決復(fù)雜工程數(shù)據(jù)庫問題的實踐能力的培養(yǎng)，翻轉(zhuǎn)課堂注重學生主流數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及先進開發(fā)技術(shù)的傳授。

(3)課程思政的融入。結(jié)合數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的新技術(shù)、安全觀，提高學生編程標準和行業(yè)規(guī)范意識、文檔書寫和溝通協(xié)作能力、安全保密意識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和愛國情懷等。

5 結(jié)語

在工程教育認證應(yīng)用背景下，分析傳統(tǒng)教學存在的問題，以數(shù)據(jù)庫原理課程為例，以立德樹人、學生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進、科教融合和“兩性一度”為理念，提出了基于工程教育認證的課程改革方案。通過重構(gòu)多維度、多層次的課程內(nèi)容，重置課程目標、開展基于線上線下的教學設(shè)計、構(gòu)建過程多維化考評體系等，形成“一線二式三堂四維”“1234”型教學模式。分析課程評價和課程目標達成度，結(jié)果表明：該課程改革效果明顯，對本專業(yè)一流課程的建設(shè)有指導(dǎo)意義，對課程體系的優(yōu)化與持續(xù)改進有良好的促進作用。